Sistemas Mecânicos III - EXPERIMENTO I Bombas Mecânicas - Turma Mecânica PP
18/4/2008 Prof. Dr. Cláudio S. Sartori – Técnico: Fernando Martin
Referências:
INTRODUÇÃO:
1. G.L. Squires, "Practical Physics"
(Cambridge University Press, 1991),
capítulo 10, pp. 139-146; e D.W. Preston,
"Experiments in Physics" (John Wiley &
Forma Geral dos Relatórios
Sons, 1985), pp. 2-3.
2. C. H. de Brito Cruz, H. L. Fragnito,
Guia para Física Experimental
Caderno de Laboratório, Gráficos e
Erros, Instituto de Física, Unicamp,
IFGW1997.
3. D.W. Preston, "Experiments
in Physics" (John Wiley & Sons, 1985),
pp. 21-32; G.L.
4. C.E. Hennies, W.O.N.
Guimarães e J.A. Roversi, "Problemas
No mínimo, para cada experimento o Experimentais em Física" 3ª edição,
(Editora da Unicamp, 1989), capítulo V,
Caderno de Laboratório deve sempre conter:
pp.168-187.
É muito desejável que seja um caderno
grande (formato A4) pautada com folhas
enumeradas ou com folhas enumeradas e
quadriculadas, do tipo contabilidade, de capa
dura preta, brochura.
Chamaremos
de
Caderno
de
Laboratório.
No verso deste caderno você pode
fazer o rascunho a lápis. Na parte enumerada
fará o relatório com a seguinte estruturação:
1. Título do experimento
realização e colaboradores;
data
de
2. Objetivos do experimento;
3.
Roteiro
experimentais;
dos
procedimentos
4. Esquema do aparato utilizado;
5. Descrição dos principais instrumentos;
6. Dados medidos;
7. Cálculos;
8. Gráficos;
9. Resultados e conclusões.
O formato de apresentação destes 9 itens não
é rígido. O mais indicado é usar um formato
seqüencial, anotando-se à medida que o
experimento evolui.
1
BOMBAS E MOTOBOMBAS
Introdução:
Há diferentes bombas e modelos para
diferentes funções. A seguir descreveremos os mais
variados tipos e suas principais aplicações.
Interior da Bomba rotativa:
 Sistema Coletor:
Tipo :
SEZ, PHZ, PNZ
Aplicação:
Suprir sistemas de irrigação, controle de
inundação
Design:
Vertical e semi-axial e hidráulico-axial.
Corte interno:
 Sistema Afogado:

Bomba Carneiro - Hidráulico
O Carneiro Hidráulico Kenya, ou Aríete
é o equipamento ideal para o abastecimento de
água em sítios, fazendas e chácaras. Funciona
quando a força de propulsão gerada por uma
queda d'água for conduzida ao seu interior pelo
cano de entrada.
Aplicações:
Coleta de Esgoto,
Abrasivos, Esgoto Doméstico.
Meios
Carregadas
Transporte de água industrial.
Modelos: KRT, família de bombas KSBANS destina-se ao bombeamento de produtos
límpidos ou turvos, orgânicos ou inorgânicos, com ou
sem sólidos em suspensão. Materiais abrasivos ou
fibrosos, líquidos enlameados, entre outros.
2
No interior do bojo está instalada a Válvula
de Retenção. É uma peça muito importante
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porque retém no interior do bojo a água e o ar
comprimido, que são responsáveis pelo recalque
d'água.
Observando-se
a
coluna
"Proporção",
encontraremos a proporção desejada, ou seja, 1:8.
Verificando-se a seguir as colunas de
rendimentos de recalque em litros/hora na proporção
1:8, somente encontraremos no modelo 3 o recalque
desejado, ou seja, de 106 a 170 litros por hora.
Tabela Carneiro Hidráulico Kenya
MODELOS
Necessidade
acionamento
(l/minuto)
3
4
5
p/
12 a 20 20 a 30
40 a 65
Cano Entrada
1"
1.1/4"
2"
Cano Recalque
1/2"
1/2"
3/4"
Peso (Kg)
14
20
34
Proporção
Recalque
1:3
180300
300-420 640-950
1:4
120210
220-320 440-700
1:5
100170
180-270 350-570
1:6
80-140
150-220 300-480
1:7
70-120
115-190 245-420
1:8
60-105
105-170 210-360
1:9
55-100
90-150
180-320
1:10
45-85
85-135
150-290
1:11
40-80
75-120
140-255
1:12
40-70
70-110
125-255
1:13
35-65
65100
110195
1:14
30-60 60-95
1:15
30-55 55-85 85-155
1:16
25-50 50-80 80-140
1:17
20-45 50-75 70-125
1:18
20-40 45-70 60-110
1:19
18-40 40-60 55-105
em
litros/hora
instalação de curvas, joelhos ou formação de
abaulamentos (voltas) em qualquer sentido, para
que a força da propulsão gerada pela queda
d'água
atinja
sua
maior
intensidade.
4º) O cano do recalque poderá ser galvanizado,
de plástico ou de borracha, e TEORICAMENTE
poderá ter comprimento ilimitado. Porém, o
atrito d'água nas paredes do cano provoca
perdas na força de recalque (100 metros de cano
equivalem a 1 metro de elevação vertical). Por
esta razão, quanto menos curvas ou
abaulamentos tiver o cano de recalque, melhor
será
o
rendimento.
5º) Recomendamos colocar a boca do cano de
entrada no mínimo de 20 a 30 centímetros
abaixo do nível normal d'água, bem como
protegê-la com uma tela para evitar a penetração
de impurezas.
DO FUNCIONAMENTO
1º) O Carneiro Hidráulico (ou Aríete) funciona
quando a força de propulsão gerada por uma
queda d'água for conduzida ao seu interior pelo
cano de entrada.
2º) No interior do bojo está instalada a Válvula
de Retenção que retém no interior do bojo a
água e o ar comprimido que são responsáveis
pelo recalque d'água. É uma peça de borracha
com
grande
durabilidade.
Quando houver necessidade de substituí-la,
deve-se tomar o cuidado de apertá-la através das
porcas e arruela lisa, de tal forma que a borracha
possa ser girada sem esforço com os dois dedos.
Recomendamos jamais retirar o tampão superior
externo do bojo.
100175
1:20
15-35 40-55 45-100
DA INSTALAÇÃO
1º) A queda vertical d'água deverá ter no mínimo 1,5
metros e no máximo 8 metros.
2º) Fixar o Carneiro (ou Aríete) sobre uma base firme
e nivelada, distante do início da queda d'água de no
mínimo 10 metros e no máximo 50 metros.
3º) Obrigatoriamente, o cano de entrada deverá ser
Galvanizado, bem como mantido em linha reta e
sempre em declive desde o início da queda até a
entrada do Carneiro. Jamais será permitida a
3
3º) A Válvula Motora é de vital importância,
pois da água que penetra no Carneiro
Hidráulico, uma parte destina-se ao recalque e a
outra se destina como força propulsora. Ela é
composta
de
Martelo
e
Castelo.
O Martelo tem movimento, e se o curso do
mesmo
for
convenientemente
ajustado
obteremos um excelente rendimento no recalque
e uma menor perda d'água. Regula-se o curso do
Martelo através do Parafuso de Regulagem que
se localiza debaixo da Válvula Motora e
atarraxando na parte externa inferior da base do
Carneiro.
Sugerimos, quando da instalação inicial de um
Carneiro modelo 3 deixar o Martelo com o
curso de mais ou menos meio centímetro e
quase um centímetro para os modelos 4 e 5.
Instalado o Carneiro, já com água em seu
interior, deve-se pressionar para baixo e por
alguns instantes a haste do Martelo para dar
início ao processo de recalque. Havendo
necessidade, deve-se repetir a operação por duas
ou
três
vezes.
Depois de iniciado o recalque d'água, recomenda-se
que lentamente se vá aumentando ou diminuindo, se
necessário for, o curso do Martelo até que se obtenha
o recalque em litros por hora previsto na tabela.
Encontrado
o
recalque
desejado,
limita-se
definitivamente o curso do Martelo travando-se
firmemente o Parafuso de Regulagem através da porca
e arruela lisa (de metal) que irão pressionar
firmemente a Arruela de Vedação (de borracha) contra
a base do Carneiro Hidráulico para evitar a fuga
d'água pela rosca do Parafuso de Regulagem.
O Martelo ao trabalhar bate de encontro ao Parafuso
de Regulagem provocando um lento desgaste. Por esta
razão, recomendam-se duas ou três regulagens anuais
de
seu
curso.
4º) Trabalhando ininterruptamente durante longos
períodos, e por circunstâncias diversas, o volume de ar
comprimido dentro do bojo poderá ser absorvido pela
água ocasionando a paralisação do Martelo e
interrompendo o recalque d'água. Acontecendo esta
paralisação, deve-se desatarraxar os 4 parafusos que
fixam o bojo do Carneiro, permitindo o escoamento
d'água
e
a
penetração
do
ar.
Para facilitar este ou qualquer outro conserto no
Carneiro sugerimos a instalação de um "Registro
Vane" ou "Torneira de Passagem Reta", distantes em
cerca de 20 centímetros do mesmo, colocados tanto no
cano de entrada como no de recalque.
O Carneiro Hidráulico é o equipamento ideal para o
abastecimento de água em sítios, fazendas e chácaras.
Mais água com menos vento para:
CHÁCARAS
SÍTIOS
FAZENDAS
IRRIGAÇÃO
PISCICULTURA
OXIGENAÇÃO E RENOVAÇÃO DA ÁGUA
Instalação: Poços artesianos, semi-artesianos, arroios,
açudes e vertentes; Retiram água de até 100 metros de
profundidade ou podem recalcar até 50 metros de
altura.
Vazão: Pode variar até 5000 l/h de acordo com o
modelo de cata-vento e o tipo de bomba a ser usado.
Bomba: 1 1/4", 2", 3", 4" e 6" polegadas de diâmetro.
Torre: Com 6, 9, 12, 15, 18, 21 e 24 metros de altura,
com pintura fundo zarcão e acabamento alumínio e
torres especiais galvanizadas a fogo para zonas
marítimas.

VERTENTES
POÇOS ARTESIANOS
POÇOS COMUNS
MÁQUINA: com duas engrenagens
pequenas e duas grandes. Comando duplo de
bielas em banho de óleo com regulagem de
curso para regiões de ventos fracos.
MAIS ÁGUA COM MENOS
VENTO:
Menor quantidade de vento
Maior volume d´água por hora
Maior profundidade do poço
Maior curso do pistão até 26 cm
Bomba de até 6"
Vazão de até 120.000 litros por dia (24Hs)
 PISCICULTURA
Oxigenação e renovação da água com
catavento
O senhor tem açude? Cria peixes? Então
deve movimentar a água para oxigenação. Com
certeza a produção aumentará e diminuirá a
mortandade por falta de oxigênio.
Instale um CATAVENTO e resolva o
problema de falta de oxigênio na água. Água de
açude parada não produz oxigênio. É preciso
movimentá-la com o CATAVENTO.
SISTEMA DE INSTALAÇÃO
4
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O CATAVENTO não polui, é decorativo e
ecologicamente correto, e bombeia água de graça por
muitos anos.
2-2
09282-20008 6213430
RETENTOR
3
09263-25025 6212390
ROLAM. AGULHA 25X33X15
4
09206-11016 6211640
PINO
Bomba Manual:
Bomba
manual
é
utilizada
para
bombeamentos manuais, com baixíssimas vazões ( <
500 litros/hora ), com baixas profundidades, e requer o
trabalho braçal humano. Sua instalação ( Figura 23) é
feita diretamente acoplada à boca do poço com um
sistema de sucção dentro do poço. Seu funcionamento,
como dito, é manual, através de movimentos
constantes de uma alavanca.
5
17472-95200 6225900
JUNTA PLACA BBA. DAGUA
6
17471-95504 6225830
PLACA INF. BOMBA DAGUA
7
17461-95301 6225690
ROTOR BOMBA DAGUA
8
09420-04005 6215920
CHAVETA
9-1
17411-95205 6106820
CORPO BBA. D´AGUA (OBM)
9-2
17411-95206 6225430
CARCACA
10
17400-95550 6225320
KIT REPARO BOMBA DAGUA
11
09108-08088 6204720
PARAFUSO SEXTAVADO
12
09162-08007 6208670
ARRUELA PRESSAO
13-1
09140-08016 6206360
PORCA
13-2
09140-08019 6206370
PORCA 8MM
14-1
17560-95502 6226080
TUBO DAGUA
14-2
17560-95263 6226070
TUBO DAGUA (UL)
15
17563-95500 6226350
TUBO AGUA (LL)
16
17564-95501 6226410
TUBO INFERIOR
17
09117-08047 6205370
PARAFUSO SEXTAVADO
A Bomba Manual Kenya é uma bomba
aspirante premente em ferro fundido com capacidade
de sucção de 7 metros e reclaque de 8 metros.
Usando um cilindro intermediário aumentará a
capacidade de sucção para 30 metros
Bomba elefante:
Bomba dágua – Automóveis:
BOMBA DE AGUA DT-85TC
Ref.
Cod.Fab. Cod.CCM
Água, muita água com a Bomba Elefante
super leve, acionada manualmente com o cavalo
mecânico simples da Cataventos Kenya, que
reduz em 90% da força mecânica para bombear.
Descricao
1
56130-95511 6244100
CARCACA INFERIOR
2-1
09282-20007 6213420
RETENTOR
5
Dados Técnicos
Retira água de até 60 metros de profundidade.
Eleva água até 10 metros de altura (usando
pulmão e gaxeta repressora).
Vazão: com 30 acionamentos por minuto produz
900 litros/hora ou ½ litro por acionamento.
A Bomba Elefante pode ainda ser acoplada a
qualquer tipo de catavento.
Bombas de Vácuo –
As bombas de vácuo são utilizadas quando
queremos exaurir o ar de um sistema a ser exaurido.
A seguir ilustramos as denominações das regiões de
diferentes pressões e o tipo de bomba utilizado para
atingi-las.
As bombas de vácuo podem ser classificadas
como:
1. Bombas com deslocamento de gás retiram os gases do sistema expelindo-os para a
atmosfera
2. Bombas que trabalham a partir da pressão
atmosférica (bombas rotativas)
3. Bombas que trabalham à pressões
subatmosférica - requerem a ligação a uma bomba de
vácuo primária para remover os gases para a
atmosfera (bombas rotativas e bombas de vapor)
4. Bombas de fixação - retêm os gases dentro
da própria bomba.
Para se atingir baixas pressões associam-se
duas ou mais bombas de vácuo, constituindo, assim,
sistemas ou grupos de bombeamento.
6
Nas bombas mecânicas há passagem de
gás da entrada para a saída provocada pela
transferência de momento linear (energia) entre
um meio motor e o gás. Ex: bombas rotatórias
(vácuo primário), as "roots" e bombas
moleculares (alto vácuo).
Nas bombas de vapor o vapor de água,
mercúrio ou óleo de baixa tensão de vapor é que
arrasta as moléculas de gás da entrada para a
saída da bomba. Esses tipos de bombas
necessitam sempre de bombas de pré-vácuo
associadas, de modo que o vapor seja orientado
no sentido mais conveniente à extração dos
gases. Classificação de bombas à vapor:
a. Ejetores de vapor - 1013 a 4.102
mbar
b. Difusoras - < 10-3 mbar
c. "Booster"- 10-2 a 10-4 mbar
A razão de compressão de uma bomba
de vácuo é definida como o quociente entre as
pressões à saída da bomba e à entrada,
prestando-se como um parâmetro de
caracterização de bombas mecânicas e de vapor.
Ao contrário, nas bombas de fixação o gás é
retirado do volume a bombear fixando-se em
paredes que tem a propriedade de "bombear"
gases, não havendo compressão do gás e este
também não é expulso à atmosfera. As bombas
de fixação atingirão uma saturação ao final de
um período de trabalho mais ou menos longo,
podendo ser regenerada.
Os processos de fixação dependem das
ligações que se estabelecem entre as moléculas
da parede e do gás a bombear, o que faz com
que o bombeamento seja seletivo.
Processos para que ocorra a fixação,
podem ser classificados em:
a. Absorção - quando as moléculas
penetram no interior da parede e ficam inclusas
no material. Ex.: zeolita, alumina, carvão
ativado. Este processo geralmente é reversível
b. Adsorção - uma camada de gás se
deposita numa superfície estabelecendo ligações
entre suas moléculas e a superfície. As ligações
podem ser químicas (forte) ou físicas
(fracas).
c. Ionização - quando ocorre a
ionização das moléculas seguida de penetração
dos íons com grande energia nos materiais da
parede.
d.
Condensação
ocorre
a
condensação das moléculas numa superfície
arrefecida.
As bombas de fixação mais utilizadas
são: bombas de absorção; bombas de adsorção;
bombas iônicas e de adsorção; bombas
criogênicas.
Bombas Rotatórias com Vedação a
Óleo
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Bombas rotatórias são aquelas que asseguram
o vácuo primário. As bombas rotatórias consistem de
um corpo cilíndrico (estator) e o rotor montado no
centro
do
estator.
Fundamentalmente
são
compressores que extraem os gases do sistema
lançando-os na atmosfera. A vedação é feita com óleo
que também serve como lubrificante dos componentes
móveis. Os óleos usados tem tensão de vapor bastante
baixa. As bombas rotatórias dividem-se em:
1. Bombas de pistão rotatório
2. Bombas de palhetas
2.1. duas palhetas
2.2. palheta simples
Podem ainda ser de um ou dois estágios. É
comum exprimir a velocidade de bombeamento das
bombas rotatórias em L/min, podendo ter valores entre
10 a 90.000 L/min. Bombas de um estágio atingem
pressão limite de 10-2 mbar e de dois estágios de 10-4
mbar.
Para melhorar o bombeamento quando
existem vapores, as bombas estão geralmente
equipadas com um balastro ("gas ballast"), ou seja,
uma pequena válvula de entrada de ar, regulável,
situada numa posição que corresponde quase ao fim
do ciclo, portanto, à fase de compressão.
H
A
F
E
G
D
C
B
Óleo
Características:
Pressão: 10-2 Pa
R

7
Componentes:
C: Cilindro excêntrico.
F: Mola.
H: Abertura da parte superior.
G: Válvula.
A: Tubo que liga o recipiente a ser exaurido
R à bomba de vácuo.
B: Espaço onde passa o ar.
D: Palheta deslizante.
Aplicações: Lâmpadas elétricas, tubos de
imagem de TV, tubos de osciloscópios, células
fotoelétricas, tubos de raios X, etc.
Bomba Difusora e Bombas
Moleculares:
Uma bomba difusora é constituída por um
invólucro cilíndrico dentro do qual existem uns
vaporizadores para o líquido da bomba e sobre este
uma chaminé que conduz o vapor aos vários andares
de ejetores. As moléculas do vapor do fluido ao
saírem dos ejetores arrastam as moléculas do gás
existente dentro da bomba para baixo e de encontro às
paredes da bomba. Como estas são arrefecidas, por
circulação de água ou ar, dá-se a condensação do
fluido que volta ao vaporizador. O gás arrastado é
comprimido na parte inferior de onde é retirado pela
bomba rotatória associada à bomba de difusão.
O vácuo atingido por estas bombas é
determinado pela tensão de vapor do fluido da bomba.
Os fluidos utilizados em bombas de difusão são:
mercúrio (Hg) ou óleos especiais de muito baixa
tensão de vapor. Quando se usa o mercúrio é
necessário colocar uma armadilha criogênica ("trap")
de nitrogênio líquido entre a bomba e o volume a
bombear para condensar o vapor de Hg, visto que a
tensão de vapor de mercúrio à temperatura ambiente
(20oC) é de aproximadamente 10-3 mbar.
Na associação: bomba de pré-vácuo
(rotatória) e bomba de difusão, esta última nunca deve
ser ligada sem que se estabeleça antes um vácuo
primário de 10-1 mbar, caso contrário, o óleo ou
mercúrio oxidam-se devido ao aquecimento na
presença do ar.
As bombas moleculares baseiam-se na
transferência de energia de um rotor a grande
velocidade para as moléculas de gás situadas entre o
rotor e o estator. Às moléculas é dada energia de modo
que saiam do sistema a evacuar. As bombas
moleculares dividem-se em: bombas de arrastamento
molecular e bombas turbomolecular.
Bombas criogênicas

O funcionamento destas bombas
baseia-se na introdução de uma superfície
arrefecida a temperatura muito baixa no volume
a bombear. Os gases existentes nesse volume
são condensados até atingirem pressões da
ordem das suas tensões de vapor à temperatura
da superfície.
Utilizando nitrogênio líquido (77K)
para arrefecer a superfície, consegue-se um
Desenho esquemático:
8
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aumento muito grande da velocidade de
bombeamento, pois uma parte dos gases residuais são
condensáveis a essa temperatura. Consegue-se um
bombeamento eficaz do vapor d’água, mas a
velocidade de bombeamento é muito baixa para o
oxigênio e nula para o nitrogênio, hidrogênio e outros
gases. Pode-se ainda usar o hélio líquido (4,2K).
Medidores de vácuo

Pirani
Este tipo de medidor é formado por um tubo
metálico ou de vidro, e um filamento aquecido
instalado no centro tubo. Mede-se a variação da
resistência deste filamento que está a temperatura de
120oC. A remoção do calor do filamento faz-se por
meio dos átomos e moléculas que colidem com o
filamento. estes recebem energia térmica do filamento
e perdem-na em choques com a parede de tubo que
está a temperatura mais baixa. A perda de calor pelo
filamento é função do número de moléculas presentes,
e portanto, da pressão.
Em geral, o filamento faz parte de uma ponte
de resistência e avariação da resistência é medida pelo
desequilíbrio da ponte.
Medidores Pirani medem pressões até 10-3 a
-4
10 mbar.
 Características:
 Medidor de vácuo tipo Pirani, de dimensões
reduzidas para facilitar a instalação e o
manuseio.
 Pode ser usado em painéis ou na bancada.
 Mede o vácuo situado entre 1,0 x 10+3 e 1,0 x
10-3 mBar.
9
 Incorpora uma fonte chaveada interna que se ajusta
ROTEIRO
automaticamente à tensão da rede de alimentação para
EXPERIMENTO/AULA
valores situados entre 90 e 240 Volts.
 Indicação digital.
PROCEDIMENTO:
 Pode ser fornecido para um canal de leitura, para
dois canais de leitura, e podem incorporar , ainda, dois
1. Leitura – manual - Bombas.
vacuostatos para automação ou controle de processo.
2. Observar na bomba as indicações
 Saída para registrador de 0 a 10 Volts (ou de 4 a 20 básicas e anotar, conforme a Tabela:
mA opcional).
Dados
Bomba de
Bomba de
 Medidor de Vácuo - Eletrônico - Tipo
Operacionais
vácuo
água
Penning - DP UNOPEN e DUOPEN
Medidor de vácuo de cátodo frio para medida de
ultra alto vácuo.
Características:
 Pode ser fornecido em dois modelos. Só medidor
Penning (Senspen), ou então combinado com sensores
Pirani (Duosens).
 O modelo UNOPEN cobre a faixa de leitura situada
entre 1,0 x 10-2 a 1,0 x 10-6 mBar, com indicação
digital.
 O modelo DUOPEN cobre a faixa de leitura situada
entre 1,0 x 10+3 a 1,0 x 10-6 mBar, com indicação
digital.
 Bornes estão disponíveis no painel traseiro de
ambos os modelos (Senspen e Duosens) para permitir
que ele seja controlado por um sistema externo (chave
ou comando).
 Vacuostato especial interno no modelo Duosens que
faz a comutação automática do sensor Pirani para o
sensor Penning quando o vácuo for melhor do que 1,0
x 10-2 mBar.
 Comutação automática da rede de alimentação, 110
ou 220 Volts.
 Pode ser fornecido com vacuostatos adicionais para
automação ou controle de processos.
3. Faça um estudo das diferentes
bombas citadas na aula e suas aplicações:
- Bombas rotativas de água.
– Bombas de água utilizadas em
automóveis.
4 – Bombas de vácuo.
5. Pesquise outros tipos de medidores
de vácuo e as faixas correspondentes de pressão
que alcançam.
6.
7.
Observações/ Conclusões
Referências
 Referências
http://www.sensum.net/sensfil_dw100p.html
10